JP2009090968A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の各部に生じる振動を適切に抑制しながらも、蓄電手段の蓄電量を良好に維持することのできる車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置１は、要求出力軸トルク算出部９１によって算出された要求出力軸トルクＴｒに蓄電量維持発電機トルク算出部１２によって算出された蓄電量維持発電機トルクＴａｂを加味するとともに、この加味したトルクのうちの低周波成分を内燃機関２１の目標内燃機関トルクＴｅに、この加味したトルクのうちの高周波成分をオルタネータ２２の目標発電機トルクＴａに、それぞれ分配する要求値機能配分部９２を備える。
また、車両制御装置１は、分配された目標内燃機関トルクＴｅが実現されるように内燃機関２１を制御するとともに、分配された目標発電機トルクＴａが実現されるようにオルタネータ２２を制御する動力装置制御部１６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に内燃機関を通じて生成される車輪軸トルクを例えばオルタネータやモータジェネレータ等の発電機を通じて調整することにより、車両の各部に生じる振動を抑制する車両制御装置に関する。

この種の車両制御装置としては、従来、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この文献に記載の技術では、車両制御装置は、例えば車両の運転者によるアクセルペダルの操作量に応じた要求車輪軸トルクを算出する要求車輪軸トルク算出部を有している。この要求車輪軸トルク算出部は、内燃機関にて発生する第１軸トルクと、例えばモータジェネレータ等の機械補機にて発生する第２軸トルクとの合算値である要求軸トルクを算出し、要求軸トルクが車両の加速あるいは減速等に使用される。なお、要求軸トルク算出部は、車両の走行状態に応じてエネルギー効率が高くなるようにこれら第１軸トルク及び第２軸トルクに要求軸トルクを配分しており、内燃機関及びモータジェネレータはこうして各々配分された軸トルクを発生する。

要求軸トルク算出部にて算出された要求軸トルクがそのまま内燃機関及び機械補機を含む動力装置にて発生すると、運転者が想定していた車両の走行を実現するに必要なエネルギーを超える余剰なエネルギーが車両に発生してしまうことが多い。換言すれば、運転者は、自らが想定していた車両の走行を実現しようとして、当該車両が有する動力装置に対し必要以上の動力を要求しがちである。そうした余剰な動力に起因して、例えばスコート等、車両の走行中に車体振動が車両の走行中に発生してしまう。

そこで、上記従来技術では、車体振動が車両の走行中に発生することを抑制するべく、要求軸トルク演算部を通じて機械補機に配分された軸トルクを補正するピッチング制振補正部を備えている。具体的には、ピッチング制振補正部は、まず、吸入空気量センサにて検出される内燃機関への吸入空気量や機械補機を流れる電流を検出する電流センサにて検出される電流値等に基づき、動力装置に実際に発生し車体に入力されるトルクである車体入力トルクを算出する。次に、ピッチング制振補正部は、算出した車体入力トルクやばね上の振動モデルに基づき、ピッチング振動が発生することで消費されるピッチング振動エネルギー（余剰なエネルギーに相当）を算出する。そして、ピッチング制振補正部は、こうしたピッチング振動エネルギーに相当するトルクを上記第２軸トルクから除去し、このようにして補正された第２軸トルクが出力されるように機械補機を駆動する。これにより、車体のピッチング振動が発生することが抑制されるようになる。
特開２００６−６０９３６号公報

ところで、上記従来技術では、車体のピッチング振動の発生を抑制しようとするあまり、例えば各種車載機器に電力を供給するバッテリーの充電状態を良好に保つという、機械補機が本来発揮すべき機能について何ら考慮されていない。

すなわち、例えば各種車載機器を駆動するために必要な電力が多量に必要となり、バッテリーの蓄電量ではまかないきれないといった状況においては、機械補機は発電機として機能してバッテリーを充電すべきである。しかしながら、上記従来技術では、機械補機が本来発揮すべき機能について何ら考慮されていないため、上記状況においてでさえ、バッテリー充放電収支に関わらず車両運動実現に必要なトルク実現を優先する。そして、その結果、車体のピッチング振動の発生は抑制されるものの、バッテリーの蓄電量が過不足するため、車載機器の動作を不安定にしてしまう事態が起こり得る。

なお、こうした状況は、モータあるいは発電機として機能する上記モータジェネレータを機械補機として採用する場合に限らず、発電機として機能するオルタネータを機械補機として採用する場合にも、同様に起こり得る。

さらに、車両の走行中にあっては、車体のみに振動が発生するわけではなく、車両の各部に振動が生じている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、車両の各部に生じる振動を適切に抑制しながらも、蓄電手段の蓄電量を良好に維持することのできる車両制御装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する蓄電手段と、前記蓄電手段の充電状態を推定推定する充電状態推定推定手段と、内燃機関及び該内燃機関の出力軸のトルクを用いて発電し前記蓄電手段を充電する発電機を含む動力装置とを備える車両に搭載される車両制御装置であって、車両の運転者が要求する運転者要求車輪軸トルクを算出する運転者要求車輪軸トルク算出部と、車両の各部の振動状態を推定するとともに、前記車両の各部の振動を低減するための、前記運転者要求車輪軸トルクに対する補正車輪軸トルクを算出する補正車輪軸トルク算出部と、前記運転者要求車輪軸トルク算出部によって算出された運転者要求車輪軸トルク及び前記補正車輪軸トルク算出部によって算出された補正車輪軸トルクを用いて要求車輪軸トルクを算出する要求車輪軸トルク算出部と、前記要求車輪軸トルク算出部によって算出された要求車輪軸トルクを前記動力装置にて実現するに必要な要求出力軸トルクに変換する要求出力軸トルク算出部と、前記蓄電手段の蓄電量を監視しつつ、前記蓄電量が基準量を維持するための電力量を発電するに際し前記発電機が必要とする発電機トルクである蓄電量維持発電機トルクを算出する蓄電量維持発電機トルク算出部と、前記要求出力軸トルク算出部によって変換された要求出力軸トルクに前記蓄電量維持発電機トルク算出部によって算出された蓄電量維持発電機トルクを加味するとともに、この加味したトルクのうちの低周波成分を前記内燃機関の目標内燃機関トルクに、この加味したトルクのうちの高周波成分を前記発電機の目標発電機トルクに、それぞれ分配する要求値機能配分部と、前記要求値機能配分部によって分配された目標内燃機関トルクが実現されるように前記内燃機関を制御するとともに、前記要求値機能配分部によって分配された目標発電機トルクが実現されるように前記発電機を制御する動力装置制御部とを備えることとした。

車両制御装置としての上記構成では、要求値機能配分部によって、上記蓄電量維持発電機トルクが上記要求出力軸トルクに加味されるとともに、この加味されたトルクのうちの低周波成分が内燃機関の目標内燃機関トルクとして分配され、この加味されたトルクのうちの高周波成分が発電機の目標発電機トルクとして分配される。そして、動力装置制御部によって、分配された目標内燃機関トルクが実現されるように内燃機関が制御されるとともに、分配された目標発電機トルクが実現されるように発電機が制御される。これにより、車両の各部に生じる振動を適切に抑制しながらも、蓄電手段の蓄電量を良好に維持することができるようになる。

なお、上記請求項１に記載の構成において、例えば請求項２に記載の発明のように、前記発電機の応答周波数帯は、前記内燃機関の吸気応答周波数帯よりも高く設定されていることが望ましい。

また、上記請求項１または２記載の構成において、例えば請求項３に記載の発明のように、前記発電機は、オルタネータであり、前記車両は、前記オルタネータにて発電される電力を蓄電する第１蓄電手段と、前記各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する第２蓄電手段と、前記第１及び第２蓄電手段間に介在し、これら第１及び第２蓄電手段にて各々蓄電される電力の電圧を調整する電圧調整手段とを備えることとしてもよい。ちなみに、上記請求項３に記載の構成では、短周期的に蓄電量が変動する第１蓄電手段ではなく、この第１蓄電手段に電圧調整手段を介して接続される第２蓄電手段に各種車載機器が接続される。そのため、各種車載機器に安定した電力を供給することができるようになり、ひいては、各種車載機器をより安定して動作させることができるようになる。

あるいは、上記請求項１または２に記載の構成において、例えば請求項４に記載の発明のように、前記発電機は、モータ機能を有するモータジェネレータであり、前記車両は、前記モータジェネレータが発電機として機能するとき、前記モータジェネレータにて生成される電力を蓄電するとともに、前記モータジェネレータがモータとして機能するとき、前記モータジェネレータに電力を供給する第３蓄電手段と、前記各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する第４蓄電手段と、前記第３及び第４蓄電手段間に介在し、これら第３及び第４蓄電手段にて各々蓄電される電力の電圧を調整する電圧調整手段とを備えることとしてもよい。ちなみに、上記請求項４に記載の構成では、上記請求項３に記載の構成に準じた効果を得ることができるようになるだけでなく、次のような効果を得ることができるようにもなる。すなわち、上記請求項４に記載の構成では、モータジェネレータは発電機として機能するだけでなくモータとしても機能するため、動力装置にて発生する出力軸トルクを拡大することができ、ひいては、車両の走行中に生じる車体振動をより容易に抑制することができるようになる。

以下、本発明に係る車両制御装置の一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実施の形態の全体構成の一例を示すブロック図であり、まず、この図１を参照して本実施の形態を構成する構成要素及びその機能について説明する。

はじめに、本実施の形態の車両制御装置を搭載する車両について説明する。図１に示すように、車両は、動力装置２０、第１バッテリー（蓄電手段）３０、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整手段）４０、第２バッテリー（蓄電手段）５０、伝達装置６０及び車輪７０等々を備えている。

このうち、動力装置２０は、内燃機関２１及びオルタネータ（発電機）２２を含んでおり、車両制御に必要なトルクアクチュエータとして使用される。内燃機関２１は、公知の構成を有しており、車両制御装置１（正確には後述の動力装置制御部１６）に接続されている。内燃機関２１は、車両制御装置１の制御を通じて図示しない出力軸にトルクを生成するとともに、例えばトランスミッションやディファレンシャルギア等のギア系を含む伝達装置６０を介して、生成した出力軸トルクを車輪７０に伝達している。なお、後述するが、内燃機関２１（特に吸気系）を通じて出力軸に生成することのできるトルクは、通常、「５Ｈｚ以下」の周波数に設定されている（換言すれば、トルク応答周波数は「５Ｈｚ」となっている）。また、そうした伝達装置６０には、車両制御装置１（正確には後述のＴ／Ｍギア選択部１５）が接続されており、トランスミッションのギア比（変則段）が車両制御装置１を通じて選択される。

一方、オルタネータ２２は、基本的に公知の構成を有しているとともに、出力軸に取付られた図示しないプーリーにこれも図示しないベルトを介して連結されている。そしてオルタネータ２２は、内燃機関２１の出力軸のトルクを用いて発電し電気エネルギーを生成する。なお、本実施の形態のオルタネータ２２は、例えば当該オルタネータ２２を構成するコイルのインピーダンスが低減するように巻き線の長さや太さが設定されており、車輪軸トルクを利用して発電することのできるトルクの周波数が通常のオルタネータよりも向上し、かつ、進み補償器により、１０Ｈｚ以上の応答性能を実現している。このように、オルタネータ２２の応答周波数帯は、内燃機関２１の応答周波数帯よりも高く設定されている。

また、第１バッテリー３０は、上記オルタネータ２２に直接接続されており、オルタネータ２２を通じて生成された電気エネルギー（電力）を蓄電する。なお、この第１バッテリー３０は、第２バッテリー５０に蓄電される電気エネルギーの電圧を調整するＤＣ−ＤＣコンバータ４０に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、図示しない各種車載機器に接続されてこれら車載機器（電気デバイス）に電気エネルギーを供給する第２バッテリー５０に接続されている。なお、第１バッテリー３０は、車両制御装置１（正確には後述のバッテリー状態推定部１１）に接続されており、当該第１バッテリー３０に蓄電されている電気エネルギーの電圧や電流が車両制御装置１によって検出されている。同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０も車両制御装置１に接続されており、この車両制御装置１によって当該ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を流れるＤＣ−ＤＣ電流が検出されている。

また、図１に示すように、車両は、当該車両の運転者によるアクセルペダル８１の踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ８２、内燃機関２１の回転数を検出する機関回転数センサ８３等々、各種センサを備える。

このうち、アクセルストロークセンサ８２は、車両制御装置１（正確には後述の運転者要求車輪軸トルク算出部１０）に接続されており、検出したアクセルの踏み込み量を車両制御装置１に対して出力する。また、機関回転数センサ８３は、動力装置制御部１６に接続されており、動力装置制御部１６が機関回転数センサ８３のセンサ出力値より内燃機関回転数を算出する。さらに動力装置制御部１６は蓄電量維持発電機トルク算出部１２に接続されており、検出した機関回転数を出力している。

次に、このようにして構成される車両に搭載される車両制御装置１について説明する。

車両は、車体及び車輪（タイヤ）を有して構成されており、例えばサスペンション等のばね要素がこれら車体と車輪との間に介在している。こうした車両の各部には、例えば当該車両の急加減速時の反力や路面の凹凸等、種々の要因によって振動が生じる。ちなみに、車体には、「５Ｈｚ以下」の低周波帯の振動が生じ、またバネ下(シャシ系)やタイヤには、「１０〜３０Ｈｚ」程度の高周波帯の振動が生じる。

そこで、本実施の形態では、こうした車両の各部の振動を抑制するために、種々の要因にて車両の各部に生じる振動を、車輪軸に連結する出力軸に付与するトルクによって抑制しようとしている。なお、車体などのばね上に発生する低周波振動を抑制するためのトルクを出力軸に付与するにあたっては内燃機関２１を活用し、シャシ・車輪などのばね下に発生する高周波振動を抑制するためのトルクを出力軸に付与するにあたってはオルタネータ２２を活用している。

車両制御装置１は、図１に示すように、運転者要求車輪軸トルク算出部１０を有する。この運転者要求車輪軸トルク算出部１０は、アクセルストロークセンサ８２によって検出されるアクセルペダル８１の踏み込み量に基づいて、車両の運転者が要求する車輪軸トルクであるドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄを算出する。

また、車両制御装置１は、図１に示すように、補正車輪軸トルク算出部１４を有する。

この補正車輪軸トルク算出部１４は、車両の各部の振動状態を推定するとともに、車両の振動を低減するために上記ドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄに対する補正車輪軸トルクＴｗｃを算出する。

また、車両制御装置１は、図１に示すように、要求車輪軸トルク算出部９０を有する。
この要求車輪軸トルク算出部９０は、上記運転者要求車輪軸トルク算出部１０にて算出されたドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄ、及び、補正車輪軸トルク算出部１４により算出された補正車輪軸トルクＴｗｃを用いて、要求車輪軸トルクＴｗを算出する。

詳しくは、補正車輪軸トルク算出部１４の構成例を図２（ｂ）に示すように、補正車輪軸トルク算出部１４は、複数のバネで連結された質点の集合体として車両を表現した車両モデル部１４ａ、及び、車両各部の振動を速やかに収束させるためのＬＱＲ（Linear Quadratic Regulator）コントローラゲイン１４ｂ等々を備えている。補正車輪軸トルク算出部１４は、こうした車両モデル部１４ａによって、ドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄと当該車両の各部の振動状態に関する状態方程式で記述された動的モデルに基づいて、車両の各部の振動状態を推定する。そして、補正車輪軸トルク算出部１４は、ＬＱＲコントローラゲイン１４ｂによって、推定した車両の各部の振動を低減するために車輪軸に付与するトルクである補正車輪軸トルクＴｗｃを算出する。そして、要求車輪軸トルク算出部９０は、これらドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄ及び補正車輪軸トルクＴｗｃの加減算によって（本実施の形態では、ドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄから補正車輪軸トルクＴｗｃを差し引くことで）、要求車輪軸トルクＴｗを算出する。なお、こうした動的モデルを使用した補正車輪軸トルクＴｗｃの算出方法については従来知られているため、ここでのこれ以上の詳細な説明を割愛する。

また、車両制御装置１は、図１に示すように、Ｔ／Ｍギア選択部１５を有する。Ｔ／Ｍギア選択部１５は、要求車輪軸トルク算出部９０に接続されており、この要求車輪軸トルク算出部９０から取り込んだ要求車輪軸トルクＴｗに基づいて、伝達装置６０を構成するトランスミッションのギアを選択する。また、Ｔ／Ｍギア選択部１５は、後述する要求出力軸トルク算出部９１及び伝達装置６０にそれぞれ接続されており、選択したギアに関する情報をこれら要求出力軸トルク算出部９１及び伝達装置６０に出力する。なお、こうした伝達装置６０の構成や、ギアの選択方法についても公知であるため、ここでの詳細な説明を割愛する。

また、車両制御装置１は、図１に示すように、要求出力軸トルク算出部９１を有する。要求出力軸トルク算出部９１は、要求車輪軸トルク算出部９０及びＴ／Ｍギア選択部１５にそれぞれ接続されており、選択したギアに関する情報に基づいて、取り込んだ要求車輪軸トルクＴｗを要求出力軸トルクＴｒを換算する。そして、要求出力軸トルク算出部９１は、換算した要求出力軸トルクＴｒを後述の要求値機能配分部９２に出力する。

また、車両は図１に示すように、オルタネータ２２を備えており、オルタネータ２２は、内燃機関２１によって出力軸に生成されるトルクの一部を用いて発電し、主に第１バッテリー３０の蓄電量を基準量に維持する。そして第１バッテリーに蓄電された電気エネルギーがＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して第２バッテリーに蓄電され、この第２バッテリーに蓄電された電気エネルギーが図示しない各種車載機器（電気デバイス）に供給される。そのため、後述するように当該車両の各部に発生する振動を抑制しようとするあまり、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０の蓄電量について何ら考慮されていないと、課題の欄に記載したように、各種車載機器の動作が不安定になってしまう。

そこで、本実施の形態では、各種車載機器の動作が不安定になることを回避するために、換言すれば、第１バッテリ３０及び第２バッテリー５０の蓄電量が基準量を維持するための電力量を発電するに際し必要とする発電機トルクである蓄電量維持発電機トルクＴａｂを、蓄電量維持発電機トルク算出部１２にて算出するようにしている。

図２（ａ）に、バッテリー状態推定部１１及び蓄電量維持発電機トルク算出部１２について詳細に示す。

この図２（ａ）及び先の図１に示すように、バッテリー状態推定部１１は、上記第１バッテリー３０及びＤＣ−ＤＣコンバータ４０にそれぞれ接続されている。そしてバッテリー状態推定部１１は、オルタネータ２２において発電されている電気エネルギーの電圧値及び電流値を当該オルタネータ２２から取り込むとともに、第１バッテリー３０に蓄電されている電気エネルギーの電圧値及び電流値を第１バッテリー３０から取り込む。また、バッテリー状態推定部１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に流れる電流値を当該ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から取り込んでいる。

また、バッテリー状態推定部１１は、蓄電量維持発電機トルク算出部１２に接続されている。そしてバッテリー状態推定部１１は、取り込んだ各種電流値及び電圧値に基づいて、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０が必要とする電気エネルギー（要求電力）に関する情報、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０に蓄電可能な電気エネルギーの上限値（許容発電域）に関する情報、並びに、第１バッテリー３０を構成するリチウム電池の蓄電状態に関する情報をそれぞれ、蓄電量維持発電機トルク算出部１２に対して出力する。

また、蓄電量維持発電機トルク算出部１２は、図１及び図２（ａ）に示すように、動力装置制御部１６を介して、機関回転数センサ８３から内燃機関２０の機関回転数に関する情報を取り込む。蓄電量維持発電機トルク算出部１２は、バッテリー状態推定部１１から当該蓄電量維持発電機トルク算出部１２に出力された上記各種情報に加えて、機関回転数センサ８３の信号より動力装置制御部１６が算出した機関回転数に基づき、第２バッテリー５０に接続された各種車載機器によって消費される電気エネルギーとオルタネータ２２を通じて発電される電気エネルギーとの収支を零にするに必要な出力軸トルク、すなわち、蓄電量維持発電機トルクＴａｂを算出する。

そして、蓄電量維持発電機トルク算出部１２は、要求値機能配分部９２に接続されており、算出した蓄電量維持発電機トルクＴａｂを要求値機能配分部９２に出力する。ちなみに、蓄電量維持発電機トルクＴａｂ（負値）の絶対値が大きいほど、第１バッテリー３０の蓄電量は上記基準量より下回っている状態であり、オルタネータ２２を通じて電気エネルギーを多量に発電する必要があることを意味する。一方、蓄電量維持発電機トルクＴａｂ（負値）の絶対値が小さいほど、第１及び第２バッテリー３０及び５０の蓄電量は上記基準量を上回っている状態であり、オルタネータ２２を通じて電気エネルギーそれほど発電する必要がないことを意味する。

次に、図３を用いて、車両各部の振動の低周波成分及び高周波成分をそれぞれ抑制する上記要求出力軸トルクＴｒの実現手段を説明する。ちなみに、要求出力軸トルクＴｒは要求車輪軸トルクＴｗのギア比による換算値である。なお、図３は、「補正値の周波数帯とそのトルクの大きさ」と「内燃機関２１及びオルタネータ２２の対応可能な周波数帯と対応可能な出力軸トルクの大きさ」の関係を示す図である。

一般に、図示しないスロットル作動に対するシリンダへの吸気量には空気慣性・粘性に起因する遅れが生じるため、内燃機関２１のトルク応答周波数は「５Ｈｚ以下」の低周波帯となる。すなわち、例えば「１０〜３０Ｈｚ」といった高周波帯のトルクを内燃機関２１により出力軸および車輪軸に生成しようとしたところで、そうした出力軸トルクは実現できないことを意味している。したがって、車両のバネ上（車体）に生じる振動を低減するための車輪軸トルク補正には、内燃機関２１を活用する。

一方、一般に、オルタネータ２２は、例えば「１０Ｈｚ以上」といった、内燃機関２１に比較して高周波帯の出力軸トルクを用いて（消費して）発電することができる。ただし、内燃機関２１に比較して、変化させることができるトルクの大きさは小さい。すなわち、出力軸トルクを大きく消費しようとオルタネータ２２を制御したところで、そうした消費態様を実現することができないことを意味している。したがって、主に車両のバネ下（ホイール−シャシ間）に生じる振動を低減するための車輪軸トルク補正には、オルタネータ２２を活用する。要求出力軸トルクＴｒとの周波数重複を回避するため、蓄電量維持発電機トルクＴａｂは、極めて低周波（例えば「０．２５Ｈｚ以下」）となるように設定される。

具体的には、車両制御装置１は、要求値機能配分部９２及び動力装置制御部１６を備える。このうち、要求値機能配分部９２は、内燃機関２１及びオルタネータ２２それぞれの上記特性を踏まえ、ドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄを上記補正車輪軸トルクＴｗｃにて補正された要求車輪軸トルクＴｗより算出される上記要求出力軸トルクＴｒが実現されるよう、内燃機関２１の制御目標トルクである目標内燃機関トルクＴｅ及びオルタネータ２２の制御目標トルクである目標発電機トルクＴａを算出し、動力装置制御部１６に対し出力する。

また、動力装置制御部１６は、受け取った目標内燃機関トルクＴｅ及び目標発電機トルクＴａを実現するために必要となる制御目標値を算出し、動力装置２０に対し出力する。また、要求値機能配分部９２において、要求出力軸トルクＴｒと蓄電量維持発電機トルク Ｔａｂ（出力軸換算値）より、出力軸に連結する動力装置の周波数応答性能に応じ、各動力装置の目標トルクを算出する。

このように、本実施の形態の車両制御装置１では、要求出力軸トルクＴｒの実現のみならず、蓄電量維持発電機トルクＴａｂにより、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０の蓄電量が考慮されている。そのため、背景技術の欄に記載した従来技術とは異なり、各種車載機器の動作が不安定になることを防止している。

こうした要求値機能配分部９２及び動力装置制御部１６の構成の一例を図２（ｃ）を参照しつつ説明する。この図２（ｃ）に示すように、要求値機能配分部９２は、内燃機関基本トルク演算部１３、目標内燃機関トルク演算部９２１、目標発電機トルク演算部９２２等々を有している。また、動力装置制御部１６は、内燃機関制御部１８及びオルタネータ制御部１９等々を有している。

内燃機関基本トルク演算部１３は、ドライバが要求する車輪軸トルクの実現に必要な要求出力軸トルクＴｒから、電源が要求する電力から求めた蓄電量維持発電機トルクにプーリー比を乗じた値Ｔａｂ（負値）を減算し、内燃機関基本トルクを算出する。次に内燃機関の吸気系の応答遅れを推定する目標内燃機関トルク演算部９２１により、内燃機関のトルク応答遅れを推定し、内燃機関基本トルクのうち、内燃機関（吸気系）で応答可能な低周波成分を目標内燃機関トルクＴｅとして、内燃機関制御部１８に出力する。すなわち、目標内燃機関トルクＴｅは要求出力軸トルクＴｒの低周波成分Ｔｒｌと蓄電量維持発電機トルクＴａｂの差となる。また、目標発電機トルク演算部９２２は、前記内燃機関基本トルクのうち内燃機関（吸気系）で応答不可能な高周波成分Ｔｒｈを受け取り、蓄電量維持発電機トルクＴａｂとの和を、目標発電機トルクＴａとしてオルタネータ制御部１９に出力する。

また、内燃機関制御部１８は、要求空気量演算部１８１、目標スロットル角演算部１８２、目標燃料噴射量演算部１８３、最適点火時期演算部１８４、及び目標点火時期演算部１８６等々を備えている。なお、内燃機関制御部１８の前段には要求値機能配分部９２が接続され、後段には、スロットルモータ、インジェクタドライバ、イグナイタ（いずれも図示略）等々がそれぞれ接続されている。

要求空気量演算部１８１は、上記目標内燃機関トルクの実現に必要な空気量を算出する。そうした空気量を算出すると、要求空気量演算部１８１は、後段に接続された目標スロットル角演算部１８２、目標燃料噴射量演算部１８３、最適点火時期演算部１８４に対し、算出した空気量についての情報を出力する。目標スロットル角演算部１８２は、要求空気量演算部１８１から空気量についての情報が入力されると、内燃機関２１の燃焼室内にそうした空気量を導入するために必要なスロットル角を算出するとともに、スロットルモータを駆動制御して、算出したスロットル角を実現する。また、目標燃料噴射量演算部１８３は、要求空気量演算部１８１から空気量についての情報が入力されると、そうした空気量に見合った燃料噴射量を算出するとともに、インジェクタドライバを介してインジェクタを駆動制御して算出した噴射量だけ燃料を燃焼室内に噴射する。さらに、最適点火時期演算部１８４は、要求空気量演算部１８１から空気量についての情報が入力されると、そうした空気量を用いて内燃機関２１にて最も大きなトルクを生成することのできる最適点火時期を算出するとともに、そうした最適点火時期についての情報を後段に接続された目標点火時期演算部１８６に出力する。そして目標点火時期演算部１８６は、目標点火時期演算部１８６にて演算された点火時期にイグナイタを駆動して点火する。

本実施の形態において、目標内燃機関トルク演算部９２１における、慣性及び粘性による空気の吸入遅れを補償するための手段として、発電機であるオルタネータ２２を利用しているが、オルタネータ２２でも実現が困難な周波数のトルクを実現するための手段として、点火時期によるトルク補正機能も有している。すなわち、目標点火時期演算部１８６は、点火系にて対応する必要が有る旨を後述のオルタネータ制御部１９から受け取ると、最適点火時期演算部１８４によって算出された最適点火時期を早めたり遅めたりすることで、燃焼のトルク効率を変化させ、より高周波なエンジントルクを制御する機能を有している。

一方、この図２（ｃ）に示すように、オルタネータ制御部１９は、進み補償部１９１及びオルタネータ制御部１９２を備えており、その前段には要求値機能配分部９２が接続され、後段には内燃機関制御部１８及びオルタネータが接続されている。進み補償部１９１は、オルタネータ２２により、応答能力以上の高周波トルクを実現するための位相補償器であり、後段に接続されたオルタネータ制御部１９２を通じてオルタネータ２２を駆動制御する。ただし、オルタネータ２２でも対応可能でない周波数成分は、後段に接続されたオルタネータ遅れ推定部１８５により遅れ量を推定し、上記目標点火時期演算部１８６に対し要求補償量を出力する。なお、こうした内燃機関制御部１８及びオルタネータ制御部１９については一般に知られているため、ここでのこれ以上の説明を割愛する。

以上のように構成された車両制御装置１によって実行される車両制御処理について、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、車両が備える内燃機関２１は既に始動しているものとする。

図４に示すように、車両制御処理が開始されると、車両制御装置１（正確には、運転者要求車輪軸トルク算出部１０）は、まず、ステップＳ１１の処理としてドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄを算出する。具体的には、車両制御装置１は、アクセルストロークセンサ８２によって検出されるアクセルペダル８１の踏み込み量を読み込むとともに、読み込んだ踏み込み量に基づいて、車両の運転者が要求する車輪軸トルクであるドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄを算出する。

一方、車両制御装置１（正確には補正車輪軸トルク算出部１４）は、続くステップＳ１５の処理として、車両の各部の振動状態を推定する（図２（ｂ）参照）。詳しくは、補正車輪軸トルク算出部１４は、車輪軸が発生するトルク値と車両の動的モデルに基づいて、車両の各部の振動状態を推定する。そして、補正車輪軸トルク算出部１４は、続くステップＳ１６の処理として、先のステップＳ１５の処理にて推定した車両の各部の振動を低減するために、運転者の要求するドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄに対する補正車輪軸トルクＴｗｃを算出する。

このように、補正車輪軸トルクＴｗｃが算出されると、車両制御装置１（正確には要求車輪軸トルク算出部９０）は、ステップＳ２０において、要求車輪軸トルクＴｗを演算し、ステップＳ２１において、Ｔ／Ｍギア段に応じて要求出力軸トルクを演算する。

次に、車両制御装置１（正確にはバッテリー状態推定部１１）は、ステップＳ１２の処理として、バッテリー状態を推定する。具体的には、バッテリー状態推定部１１は、オルタネータ２２において生成されている電気エネルギーの電流値及び電圧値、第１バッテリー３０に蓄電されている電気エネルギーの電流値及び電圧値、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に流れる電流値、並びに、第２バッテリー５０に蓄電されている電気エネルギーの電流値及び電圧値を検出するとともに、これらに基づいて、要求起電力、許容発電域、蓄電状態等の情報を生成する（図２（ａ）参照）。

こうしてステップＳ１２の処理を終えると、車両制御装置１（正確には蓄電量維持発電機トルク算出部１２）は、続くステップＳ１３の処理として、蓄電量維持に必要となる蓄電量維持発電機トルクＴａｂを算出する。具体的には、蓄電量維持発電機トルク算出部１２は、機関回転数センサ８３によって検出された機関回転数や、バッテリー状態推定部１１によって推定されたバッテリーの充電状態に基づいて、第２バッテリー５０に接続された各種車載機器によって消費される電気エネルギーとオルタネータ２２を通じて発電される電気エネルギーとの収支を零にするに必要な発電機トルクである、蓄電量維持発電機トルク（出力軸換算値）Ｔａｂを算出する。

そして、車両制御装置１（正確には内燃機関基本トルク算出部１３）は、続くステップＳ１４の処理として、先のステップＳ２１の処理にて算出された要求出力軸トルクＴｒ及び先のステップＳ１３の処理にて算出された蓄電量維持発電機トルクＴａｂにより、出力軸に連結する動力装置の周波数応答性能により動力装置２０に含まれる内燃機関２１への目標内燃機関トルクＴｅ、オルタネータ２２への目標発電機トルクＴａ（負値）を算出する。具体的には、目標エンジントルクＴｅは、要求出力軸トルクＴｒの低周波成分Ｔｒｌと蓄電量維持発電機トルクＴａｂの差、目標発電機トルクＴａは、要求出力軸トルクＴｒの高周波成分Ｔｒｈと蓄電量維持発電機トルクＴａｂの和により算出する。

上記実施の形態によれば、目標発電機トルクＴａを時間積分した仕事量と蓄電量維持に必要となる蓄電量維持発電機トルクＴａｂは同等となり、第１バッテリ３０の蓄電量は、短周期的には変化するものの、長周期的には蓄電量を維持するようになる。そして、第２バッテリ５０の蓄電量は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を通じて、常に安定した蓄電量を維持することができるようになる。

また、上記実施の形態によれば、内燃機関２１とオルタネータ２２を駆動制御することにより、第１バッテリ３０及び第２バッテリ５０の上記充電状態を維持したまま、補正車輪軸トルク算出部が要求する、安定した車両運動実現のための補正車輪軸トルクＴｗｃを含む要求出力軸トルクＴｒを実現することができるようになる。そしてひいては、例えば車両の急加減速や路面の凹凸等、種々の要因にて車両の各部に生じる振動が低減するようになる。

本実施の形態の車両制御装置１において各種出力軸トルクの推移を図５に示す。ドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄと補正車輪軸トルクＴｗｃから計算した要求出力軸トルクＴｒが、例えば図５中の実線で示すように推移したとする。具体的には、図５に示すように、要求出力軸トルクＴｒは、例えば「Ｔｒ１１」の一定値で推移しており、例えば時刻ｔ５１において増加し始め、増減を繰り返した後、例えば「Ｔｒ２１」の一定値で一旦落ち着き、その後、例えば時刻ｔ５２において減少し始め、再び増減を繰り返した後、「Ｔｒ１１」の一定値に落ち着いたとする。

すると、内燃機関２１の目標内燃機関トルクＴｅは、例えば図５中に破線で示すように、要求出力軸トルクＴｒの低周波成分と蓄電量維持発電機トルクＴａｂ（負値）の差となる。要求出力軸トルクＴｒはドライバ要求車輪軸トルクＴｗｄと補正車輪軸トルクＴｗｃとＴ／Ｍギア比等の減速比により算出される。具体的には、図５に示すように、内燃機関２１に指令する目標内燃機関トルクＴｅは、例えば「Ｔｒ１２」の一定値で推移し、例えば時刻ｔ５１において増加し始め、例えば「Ｔｒ２２」の一定値に推移した後、例えば時刻ｔ５２において減少し始め、再び「Ｔｒ１２」の一定値で推移する。なお、こうした内燃機関２１を通じて生成されるトルクから運転者要求出力軸トルクＴｒを差し引いた斜線部分のトルクが、オルタネータ２２を通じて消費され発電される部分である。

ここで、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までにおけるＴｒ２２とＴｒ２１との差分は、基本的に、時刻ｔ５１までにおけるＴｒ１１とＴｒ１２との差分よりも小さくなっている。こうした現象は、車両制御装置１が内燃機関２１の吸気系における応答遅れ及び吸入空気の遅れを補うため、さらに、大きな出力軸トルクが必要であるため、オルタネータ２２を通じて消費するトルクを減少させるために生じる。

逆に、時刻ｔ５２以後におけるＴｒ１１とＴｒ１２との差分は、基本的に、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までにおけるＴｒ２２とＴｒ２１との差分よりも大きくなっている。こうした現象は、車両制御装置１が内燃機関２１の吸気系における応答遅れ及び吸入空気の遅れを補うため、さらに、それほど大きな出力軸トルクが必要でなくなったため、オルタネータ２２を通じて消費するトルクを増大させるために生じる。既述したように、オルタネータ２２は、車両安定化のための高周波トルクに限らず、運転者が要求するトルクの高周波成分の実現にも活用される。

また、ドライバ要求出力軸トルクＴｒは、「Ｔｒ２１」の一定値に落ち着く前に増減を繰り返している一方で、内燃機関２１を通じて生成されるトルクは、変化終了直後から「Ｔｒ２２」の一定値に落ち着いて推移している。さらに、ドライバ要求出力軸トルクＴｒは、「Ｔｒ１１」の一定値に再び落ち着く前に増減を繰り返しているものの、内燃機関２１を通じて生成されるトルクは、変化終了直後から「Ｔｒ１２」の一定値に落ち着いて推移している。こうした現象は、高周波の振動を抑制するために必要な補正車輪軸トルクＴｗｃを実現するに当たり、オルタネータ２２を駆動制御しているために生じる。

以上説明したように、本実施の形態の車両制御装置１によれば、車両の各部に生じる振動を適切に抑制しながらも、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０の蓄電量を良好に維持することができるようになる。

なお、本発明に係る車両制御装置は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。すなわち、上記実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。

上記実施の形態では、オルタネータ２２を発電機として採用していたが、これに限らない。他に例えば、モータ機能を有するモータジェネレータ２３を採用することとしてもよい。換言すれば、当該車両制御装置をハイブリッド車に搭載することもできる。具体的には、先の図１に対応する図として図６に示すように、車両制御装置１ａが搭載される車両は、オルタネータ２２に替えてモータジェネレータ２３を備えている。さらに、車両は、モータジェネレータ２３が発電機として機能するとき、モータジェネレータ２３にて生成される電力を蓄電するとともに、モータジェネレータ２３がモータとして機能するとき、モータジェネレータ２３に電力を供給する第３バッテリー３０ａと、図示しない各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する第４バッテリー５０ａとを備えている。車両制御装置としてのこのような構成によれば、上記実施の形態に準じた効果を得ることができるだけでなく、次のような効果を得ることができるようにもなる。すなわち、モータジェネレータ２３は発電機として機能するだけでなくモータとしても機能するため、動力装置２０にて発生する出力軸トルクを拡大することができ、ひいては、車両の走行中に生じる車体振動をより容易に抑制することができるようになる。

上記実施の形態（変形例を含む）では、第１バッテリー３０及び第２バッテリー５０、並びに、第３バッテリー３０ａ及び第４バッテリー５０ａを蓄電手段として採用していたが、蓄電手段としてはこれに限らない。他に例えば、大容量のキャパシタを採用することとしてもよい。

上記実施の形態（変形例も含む）では、内燃機関２１の応答周波数を例えば「５Ｈｚ」に設定し、オルタネータ２２あるいはモータジェネレータ２３等の発電機の応答周波数を例えば「１０Ｈｚ以上」に設定していたが、これに限られない。要は、そうした発電機の応答周波数帯を内燃機関の応答周波数帯よりも高く設定すればよい。

上記実施の形態（変形例を含む）では、火花点火式の内燃機関を搭載する車両やハイブリッド車などに当該車両制御装置を適用していたが、車両の種類もこれに限られない。他に例えば、ディーゼルエンジンを搭載する車両にも同様に適用することができる。

本発明の車両制御装置に係る一実施の形態について、その全体構成を示すブロック図である。 同実施の形態の車両制御装置について、（ａ）は、バッテリー状態検出部及び蓄電量維持発電機トルク算出部の構成をより詳細に示すブロック図である。（ｂ）は、補正車輪軸トルク算出部の構成をより詳細に示すブロック図である。（ｃ）は、動力装置制御部の構成をより詳細に示すブロック図である。 同実施の形態の車両制御装置が搭載される車両が備える内燃機関及びオルタネータについて、これら内燃機関及びオルタネータが対応可能な周波数及び車輪軸トルクの範囲を示す図である。 同実施の形態の車両制御装置にて実行される車両制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 同実施の形態の車両制御装置において、各種出力軸トルクの推移を示す図である。 同実施の形態の車両制御装置の変形例について、その全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…車両制御装置、１０…運転者要求車輪軸トルク算出部、１１…バッテリー状態推定部、１２…蓄電量維持発電機トルク算出部、１３…内燃機関基本トルク演算部、１４…補正車輪軸トルク算出部、１４ａ…車両モデル部、１４ｂ…ＬＱＲコントローラゲイン部、１５…Ｔ／Ｍギア選択部、１６…動力装置制御部、１８…内燃機関制御部（動力装置制御部）、１９…オルタネータ制御部（動力装置制御部）、２０…動力装置（トルクアクチュエータ）、２１…内燃機関、２２…オルタネータ（発電機）、２３…モータジェネレータ（発電機）、３０…第１バッテリー（蓄電手段）、３０ａ…第３バッテリー（蓄電手段）、４０…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整手段）、５０…第２バッテリー（蓄電手段）、５０ａ…第４バッテリー（蓄電手段）、６０…伝達装置、７０…車輪、８１…アクセルペダル、８２…アクセルストロークセンサ、８３…機関回転数センサ、９０…要求車輪軸トルク算出部、９１…要求出力軸トルク算出部、９２…要求値機能配分部、１８１…要求空気量演算部、１８２…目標スロットル角演算部、１８３…目標燃料噴射量演算部、１８４…最適点火時期演算部、１８５…オルタネータ遅れ推定部、１８６…目標点火時期演算部、１９１…進み補償部、１９２…オルタネータ制御部、９２１…目標内燃機関トルク演算部、９２２…目標発電機トルク演算部

Claims (4)

1. 各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する蓄電手段と、前記蓄電手段の充電状態を推定する充電状態推定手段と、内燃機関及び該内燃機関の出力軸のトルクを用いて発電し前記蓄電手段を充電する発電機を含む動力装置とを備える車両に搭載される車両制御装置であって、
   車両の運転者が要求する運転者要求車輪軸トルクを算出する運転者要求車輪軸トルク算出部と、
   車両の各部の振動状態を推定するとともに、前記車両の各部の振動を低減するための、前記運転者要求車輪軸トルクに対する補正車輪軸トルクを算出する補正車輪軸トルク算出部と、
   前記運転者要求車輪軸トルク算出部によって算出された運転者要求車輪軸トルク及び前記補正車輪軸トルク算出部によって算出された補正車輪軸トルクを用いて要求車輪軸トルクを算出する要求車輪軸トルク算出部と、
   前記要求車輪軸トルク算出部によって算出された要求車輪軸トルクを前記動力装置にて実現するに必要な要求出力軸トルクに変換する要求出力軸トルク算出部と、
   前記蓄電手段の蓄電量を監視しつつ、前記蓄電量が基準量を維持するための電力量を発電するに際し前記発電機が必要とする発電機トルクである蓄電量維持発電機トルクを算出する蓄電量維持発電機トルク算出部と、
   前記要求出力軸トルク算出部によって変換された要求出力軸トルクに前記蓄電量維持発電機トルク算出部によって算出された蓄電量維持発電機トルクを加味するとともに、この加味したトルクのうちの低周波成分を前記内燃機関の目標内燃機関トルクに、この加味したトルクのうちの高周波成分を前記発電機の目標発電機トルクに、それぞれ分配する要求値機能配分部と、
   前記要求値機能配分部によって分配された目標内燃機関トルクが実現されるように前記内燃機関を制御するとともに、前記要求値機能配分部によって分配された目標発電機トルクが実現されるように前記発電機を制御する動力装置制御部とを備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記発電機の応答周波数帯は、前記内燃機関の応答周波数帯よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記発電機は、オルタネータであり、
   前記車両は、前記オルタネータにて発電される電力を蓄電する第１蓄電手段と、前記各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する第２蓄電手段と、前記第１及び第２蓄電手段間に介在し、これら第１及び第２蓄電手段にて各々蓄電される電力の電圧を調整する電圧調整手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 前記発電機は、モータ機能を有するモータジェネレータであり、
   前記車両は、前記モータジェネレータが発電機として機能するとき、前記モータジェネレータにて生成される電力を蓄電するとともに、前記モータジェネレータがモータとして機能するとき、前記モータジェネレータに電力を供給する第３蓄電手段と、前記各種車載機器に接続されてこれら車載機器に電力を供給する第４蓄電手段と、前記第３及び第４蓄電手段間に介在し、これら第３及び第４蓄電手段にて各々蓄電される電力の電圧を調整する電圧調整手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。

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